LNG潜液泵设计说明书

LNG潜液泵设计

目录

第一章 LNG潜液泵设计概述 (1)

1.1泵的结构和性能特点 (1)

1.2 泵的主要零部件 (1)

1.2.1 叶轮 (1)

1.2.2 吸水室 (2)

1.2.3 压出室 (2)

1.2.4 密封环 (2)

1.2.5 轴向力平衡机构 (3)

1.3 泵的水力设计方法 (3)

1.3.1 模拟设计法 (3)

1.3.2 变型设计法 (3)

1.3.3 速度系数设计法 (4)

1.4关键问题的解决 (4)

1.4.1气蚀问题的解决 (4)

1.4.2热应力问题的解决 (4)

第二章 LNG潜液泵的设计技术指标 (5)

第三章 LNG潜液泵的基本设计与计算 (5)

3.1泵的基本参数的确定 (5)

3.1.1泵进出口流道直径的确定 (5)

3.1.2泵的出口直径的确定 (6)

3.1.3泵转速的确定 (6)

3.1.4泵比转速n s的计算 (8)

3.1.5计算泵的效率[6] (8)

3.2叶轮主要参数的选择和计算 (9)

3.2.1轴径和轮毂直径的计算 (10)

3.2.2确定叶轮进口速度v s (11)

3.2.3确定叶轮进口直径D s (12)

3.2.4确定叶轮出口直径D s (13)

3.2.5确定叶轮出口宽度b s (14)

3.2.6确定叶片厚度 S (14)

3.2.7 确定叶轮出口圆周速度 (15)

3.2.8 确定叶轮叶片数 z (15)

3.2.9 确定叶片的出口安放角s2 (16)

3.2.10 确定叶片包角φ (16)

3.2.11 叶片绘型[9]

(16)

3.3 压水室的水力设计 (19)

3.3.1 压水室概述 (19)

3.3.2 压水室的设计 (20)

3.4吸水室的水力设计 (22)

3.4.1概述 (22)

3.4.2 吸水室的设计 (23)

第四章泵的轴向力、径向力计算及平衡 (24)

4.1 轴向力的计算及平衡 (24)

4.1.1 轴向力的产生 (24)

4.1.2 轴向力的计算 (25)

4.1.3轴向力的平衡 (28)

4.2径向力的计算及平衡 (28)

4.2.1径向力的计算 (29)

4.2.2径向力的平衡 (30)

第五章低温潜液泵电机的选择 (30)

5.1低温潜液泵电机的相关问题解决 (30)

5.2电机的选择 (31)

5.3电缆的选择 (32)

5.4电气连接处的密封 (32)

第六章泵主要零部件的强度计算 (33)

6.1 叶轮强度计算 (33)

6.1.1 叶轮盖板 (33)

6.1.2 叶片厚度 (34)

6.2 轴承的选择 (35)

第七章泵的各零部件材料的设计 (35)

7.1奥氏体不锈钢 (35)

7.2镍基硬质合金 (36)

7.3等离子堆焊技术 (36)

7.4深冷处理 (37)

7.5冲击试验 (37)

7.6拉伸试验 (38)

参考文献 (38)

第一章 LNG潜液泵设计概述

1.1泵的结构和性能特点

作为整个LNG加气站的动力装置，LNG低温泵其性能要求最主要是耐低温且绝热效果好，以及承受出口高压。其次是气密性和电气方面的安全性能要求比普通泵高很多。低温泵必须有足够的压力和流量范围，以适应不同级别的汽车LNG储存系统; 要尽可能减少运行时产生的热量，以防止引发LNG气化；不可出现两相流，否则会造成泵的损坏。LNG汽车加气站用潜液泵主要由泵、泵夹套和电机组成，其结构如图1所示。采用离心式结构体，转速高、重量轻，这种高速离心式LNG潜液泵采用屏蔽电机一体轴配装泵体、叶轮、导流器、诱导轮等部件，通过变频控制器控制电机的转速。其结构设计为屏蔽电机和泵体全部浸没在低温液体中，达到零泄漏的方式。

图1-1 LNG汽车加气站用潜液泵结构图

1.2 泵的主要零部件

1.2.1 叶轮

叶轮是将来自原动机的能量传递给液体的零件，液体流经叶轮后能量增加。叶轮一般由前盖板、后盖板、叶片和轮毂组成。图1—2a所示，这种叶轮叫闭式叶轮；如果叶轮没有前盖板，就叫半开式叶轮，如图1—1b所示。没有前盖板、也没有后盖扳的叶轮

叫开式叶轮，开式叶轮在一般情况下很少采用。

图1-2 叶轮

a)闭式叶轮 b)半开式叶轮

1.2.2 吸水室

吸水室的作用是使液体以最小的损失均匀地进入叶轮。吸水室主要有三种结构型式，锥形管吸水室、圆环形吸水室和半螺旋形吸水室。

1.2.3 压出室

压水室的作用是以最小的损失，将从叶轮中流出的液体收集起来，均匀地引至泵的吐出口或次级叶轮,在这个过程中，还将液体的一部分动能转变为压力能。压水室主要有以下几种结构型式：螺旋形涡室、环形压水室、径向导叶、流道式导叶和扭曲叶片式导叶等。

离心泵的叶轮、吸水室、压水室以及泵的吸入口和吐出口称为泵的过流部件。过流部件形状和材质的好坏是影响泵性能、效率和寿命的主要因素之一。

1.2.4 密封环

由于叶轮旋转时将能量传递给液体，所以在离心泵中形成了高压区和低压区。为了

减少高压区液体向低压区流动，在泵体和叶轮上分别安装了两个密封环。装在泵体上的叫泵体密封环，装在叶轮上的叫叶轮密封环。密封环磨损后应能很容易地更换。

1.2.5 轴向力平衡机构

泵在运行中由于作用在转子上的力不对称就产生了轴向力。一般离心式单级泵主要采用平衡孔或平衡管平衡轴向力；多级泵一般用平衡鼓或平衡盘平衡轴向力。本设计中，轴向推力的平衡采用了推力平衡机构(thrust equalizing mechanism，TEM) 来平衡轴向推力，径向力的平衡采用对称扩散器叶片来实现。

1.3 泵的水力设计方法

在工程上，离心泵的设计基本上应用一元流动模型等设计方法。一下简述离心泵的水力设计几种常用的方法，这些设计方法均基于一元流动的假设。

1.3.1 模拟设计法

这是一种根据相似理论而推导出的设计方法。基于欧拉方程，对于两个几何相似的离心泵，其性能完全相似的充分必要条件是两个相似数相等。对于粘性流动来说，还需要雷诺数相等。例如，相似准则为：

s sp=s sm=s√s s

s34⁄

（1−1）

λ=s s

s s

=√

s vp

s vm

=√(

s s

s s

)

2s

s

s s

（1−2）

式中，D 为特征直径，s s为体积流量，H为扬程，n为转速。下标m为模型泵，p 为原型泵。在具有优良的水利模型条件下，这是一种简单可靠的方法。

1.3.2 变型设计法

这是一种变型的模拟设计法，是对现有的性能优良的泵，通过局部改变其几何参数，取得所需要泵的性能。典型的几何改变有：

1）改变入口几何参数，例如进口直径，以改变流量特性；

2）改变叶片出口角及叶片数，以改变扬程；